نظریہ اضافیت
نظریہ اضافیت
نظریہ اضافیت طبیعیات کا ایک بنیادی تصور ہے، جسے البرٹ آئن سٹائن نے پیش کیا، جو بیان کرتا ہے کہ طبیعیات کے قوانین تمام غیر-مستعجل نظاموں میں یکساں طور پر کیسے لاگو ہوتے ہیں، اور خلا میں روشنی کی رفتار تمام مشاہدین کے لیے یکساں ہوتی ہے، چاہے ان کی حرکت یا روشنی کا ماخذ کچھ بھی ہو۔ اس کے دو حصے ہیں: خصوصی نظریہ اضافیت اور عمومی نظریہ اضافیت۔ خصوصی نظریہ اضافیت، جو 1905 میں متعارف کرایا گیا، مستقل رفتار سے حرکت کرتی ہوئی اشیاء سے متعلق ہے، خاص طور پر روشنی کی رفتار کے قریب، اور زمان و مکاں کا تصور پیش کرتا ہے۔ عمومی نظریہ اضافیت، جو 1915 میں پیش کیا گیا، کشش ثقل کا ایک نظریہ ہے جہاں کشش ثقل کوئی قوت نہیں بلکہ کمیت اور توانائی کی وجہ سے زمان و مکاں میں خمیدگی ہے۔ یہ نظریات کائنات کی ہماری سمجھ میں بنیادی حیثیت رکھتے ہیں، بشمول بلیک ہولز کی پیشین گوئی اور کائنات کے پھیلاؤ۔
نظریہ اضافیت کا تعارف
نظریہ اضافیت طبیعیات کا ایک بنیادی تصور ہے، جسے البرٹ آئن سٹائن نے بیسویں صدی کے اوائل میں پیش کیا۔ اس میں دو اہم نظریات شامل ہیں: خصوصی نظریہ اضافیت اور عمومی نظریہ اضافیت۔
-
خصوصی نظریہ اضافیت: یہ نظریہ، جو آئن سٹائن نے 1905 میں پیش کیا، دو اہم اصولوں پر مبنی ہے۔ پہلا اصول اضافیت کا اصول ہے، جو بیان کرتا ہے کہ طبیعیات کے قوانین تمام غیر شتابی حوالہ جاتی فریموں میں یکساں ہوتے ہیں۔ ایک غیر شتابی حوالہ جاتی فریم وہ ہے جس میں کوئی شے یا تو ساکن رہتی ہے یا مستقل سمتار سے حرکت کرتی ہے، جب تک کہ اس پر کوئی قوت عمل نہ کرے۔ دوسرا اصول روشنی کی رفتار کی ثابت قدمی ہے، جو بیان کرتا ہے کہ خلا میں روشنی کی رفتار یکساں ہوتی ہے، چاہے روشنی کے ماخذ یا مشاہد کی حرکت کچھ بھی ہو۔ اس کے نتیجے میں کچھ غیر بدیہی نتائج سامنے آتے ہیں، جیسے وقت کی توسیع (حرکت کرتی ہوئی گھڑیاں سست چلتی ہیں) اور لمبائی میں کمی (حرکت کرتی ہوئی اشیاء چھوٹی ہو جاتی ہیں)۔
مثال: اگر کوئی خلائی جہاز روشنی کی رفتار کے قریب سفر کرے، تو خلائی جہاز کے اندر کا وقت زمین پر موجود وقت کے مقابلے میں سست گزرے گا۔ اسے وقت کی توسیع کہتے ہیں۔ لہٰذا، اگر خلائی جہاز زمین پر واپس آئے اور خلابازوں کو لگے کہ ان کے لیے 10 سال گزرے ہیں، تو انہیں معلوم ہو سکتا ہے کہ زمین پر اس سے کہیں زیادہ وقت گزر چکا ہے۔
-
عمومی نظریہ اضافیت: یہ نظریہ، جو آئن سٹائن نے 1915 میں پیش کیا، کشش ثقل کا ایک نظریہ ہے۔ یہ خصوصی نظریہ اضافیت اور نیوٹن کے عالمی کشش ثقل کے قانون کو عام کرتا ہے، اور کشش ثقل کو زمان و مکاں کی ایک ہندسی خصوصیت کے طور پر متحد وضاحت فراہم کرتا ہے۔ عمومی نظریہ اضافیت میں، مادہ اور توانائی کی موجودگی زمان و مکاں کو “خمیدہ” کر دیتی ہے، اور یہ خمیدگی اس کے اندر حرکت کرنے والے آزاد ذرات (اور روشنی) کے راستے کو متاثر کرتی ہے۔
مثال: روشنی کا خمیدہ ہونا جب وہ کسی بڑے کمیتی جسم، جیسے ستارے یا سیارے، کے قریب سے گزرتی ہے، عمومی نظریہ اضافیت کی ایک پیشین گوئی ہے۔ اس کی مشہور طور پر تصدیق 1919 کے سورج گرہن کے دوران ہوئی، جب ستارے اپنی پوزیشن بدلتے ہوئے دکھائی دیے کیونکہ ان کی روشنی سورج کے قریب سے گزری تھی۔
نظریہ اضافیت کی تصدیق بہت سے تجربات اور مشاہدات سے ہو چکی ہے، اور اس کے طبیعیات کے مطالعہ اور کائنات کی سمجھ کے لیے اہم مضمرات ہیں۔ اس نے بلیک ہولز اور کشش ثقل کی لہروں جیسی مظاہر کی پیشین گوئی بھی کی ہے، جنہیں بعد میں مشاہدہ کیا گیا ہے۔
خصوصی نظریہ اضافیت
خصوصی نظریہ اضافیت طبیعیات کا ایک نظریہ ہے جسے البرٹ آئن سٹائن نے 1905 میں پیش کیا۔ اس نے ہماری زمان و مکاں کی سمجھ کو بنیادی طور پر بدل دیا۔ اس نظریے کے دو اہم مسلمات ہیں:
-
طبیعیات کے قوانین تمام غیر شتابی حوالہ جاتی فریموں میں یکساں ہوتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ کائنات میں کوئی ترجیحی غیر شتابی حوالہ جاتی فریم (مستقل سمتار کی حالت) نہیں ہے۔ چاہے آپ ساکن کھڑے ہوں یا مستقل رفتار سے حرکت کر رہے ہوں، طبیعیات کے قوانین آپ کو یکساں نظر آئیں گے۔
-
خلا میں روشنی کی رفتار تمام مشاہدین کے لیے یکساں ہوتی ہے، چاہے ان کی حرکت یا روشنی کے ماخذ کی حرکت کچھ بھی ہو۔ یہ رفتار تقریباً 299,792 کلومیٹر فی سیکنڈ ہے۔
یہ دو مسلمات کچھ بہت ہی غیر بدیہی نتائج کی طرف لے جاتے ہیں، جو ہماری روزمرہ کی تجربات سے مختلف ہیں لیکن بہت سے تجربات سے ان کی تصدیق ہو چکی ہے۔
خصوصی نظریہ اضافیت کے سب سے مشہور نتائج میں سے ایک مساوات E=mc^2 ہے۔ یہ مساوات ہمیں بتاتی ہے کہ توانائی (E) اور کمیت (m) باہم تبدیل پذیر ہیں؛ وہ ایک ہی چیز کی مختلف شکلیں ہیں۔ اگر کمیت کسی طرح ضائع ہو جائے، تو ضائع ہونے والی کمیت توانائی میں تبدیل ہو جاتی ہے، اور اس کے برعکس۔ مثال کے طور پر، جوہری تعاملات میں، کمیت کی ایک چھوٹی سی مقدار توانائی کی بڑی مقدار میں تبدیل ہو جاتی ہے، جو جوہری طاقت اور جوہری ہتھیاروں کے پیچھے اصول ہے۔
خصوصی نظریہ اضافیت کا ایک اور نتیجہ وقت کی توسیع ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ وقت دو مشاہدین کے لیے مختلف شرح سے گزر سکتا ہے اگر وہ ایک دوسرے کے نسبت سے حرکت کر رہے ہوں، یا اگر وہ مختلف کشش ثقل کے میدانوں میں ہوں۔ مثال کے طور پر، اگر آپ زمین سے دور روشنی کی رفتار کے قریب سفر کریں اور پھر واپس آئیں، تو آپ کو معلوم ہوگا کہ زمین پر آپ کے مقابلے میں زیادہ وقت گزر چکا ہے۔ اس کی تصدیق تیز رفتار ہوائی جہازوں اور سیٹلائٹس پر موجود ایٹمی گھڑیوں کے ساتھ تجربات سے ہو چکی ہے۔
خصوصی نظریہ اضافیت لمبائی میں کمی کا باعث بھی بنتی ہے، جس کا مطلب ہے کہ حرکت میں موجود کوئی شے ساکن مشاہد کے لیے حرکت کی سمت میں چھوٹی نظر آئے گی۔ مثال کے طور پر، اگر کوئی خلائی جہاز آپ کے پاس سے روشنی کی رفتار کے قریب گزرے، تو آپ اسے ساکن ہونے کی حالت کے مقابلے میں چھوٹا محسوس کریں گے۔
خصوصی نظریہ اضافیت کی تصدیق بہت سے تجربات سے ہو چکی ہے اور یہ جدید طبیعیات کا ایک سنگ بنیاد ہے۔ اس کے بہت سے اطلاقات ہیں، بشمول جی پی ایس ٹیکنالوجی، ذرّاتی اسراع گر، اور جوہری طاقت۔
عمومی نظریہ اضافیت
عمومی نظریہ اضافیت کشش ثقل کا ایک نظریہ ہے جسے البرٹ آئن سٹائن نے 1907 اور 1915 کے درمیان تیار کیا۔ اس نظریے کے مطابق، کمیتوں کے درمیان مشاہدہ کردہ کشش ثقل کا اثر ان کے زمان و مکاں کو خمیدہ کرنے کا نتیجہ ہے۔
یہ نظریہ خصوصی نظریہ اضافیت اور نیوٹن کے عالمی کشش ثقل کے قانون کا تعمیم ہے، جو کشش ثقل کو زمان و مکاں کی ایک ہندسی خصوصیت کے طور پر متحد وضاحت فراہم کرتا ہے۔ خاص طور پر، زمان و مکاں کی خمیدگی براہ راست موجود مادہ اور تابکاری کی توانائی اور معیار حرکت سے متعلق ہے۔
عمومی نظریہ اضافیت کے کئی طبیعی مضمرات ہیں۔ ان میں سے کچھ یہ ہیں:
-
وقت کی توسیع: وقت وہاں سست گزرتا ہے جہاں کشش ثقل سب سے زیادہ طاقتور ہو، اور اس کا خیال جی پی ایس سیٹلائٹس پر موجود ایٹمی گھڑیوں کی معیار بندی کے وقت رکھا جاتا ہے۔
-
روشنی کا انحراف: روشنی کا راستہ جب وہ کشش ثقل کے میدان سے گزرتی ہے تو خمیدہ ہو جاتا ہے۔ اس کا پہلی بار 1919 کے سورج گرہن کے دوران مشاہدہ کیا گیا، جہاں ستارے مختلف پوزیشنوں میں نظر آئے جب ان کی روشنی سورج کے قریب سے گزری۔
-
کشش ثقل کی لہریں: یہ زمان و مکاں کی خمیدگی میں لہریں ہیں جو موجوں کی طرح پھیلتی ہیں، ماخذ سے باہر کی طرف سفر کرتی ہیں۔ اس کی تصدیق 2015 میں LIGO تجربے سے ہوئی، جہاں انہوں نے دو مدغم ہوتے ہوئے بلیک ہولز سے پیدا ہونے والی لہروں کا پتہ لگایا۔
-
بلیک ہولز: یہ خلا کے ایسے خطے ہیں جہاں خمیدگی انتہائی ہو جاتی ہے، اور کچھ بھی، یہاں تک کہ روشنی بھی، اس سے بچ نہیں سکتی۔ بلیک ہول کی پہلی تصویر 2019 میں ایونٹ ہورائزن ٹیلی سکوپ نے حاصل کی۔
-
کشش ثقل عدسیت: بڑے کمیتی اجسام روشنی کو اپنے ارد گرد خمیدہ کرتے ہیں۔ اس کی وجہ سے دور دراز کی اشیاء مسخ شدہ نظر آ سکتی ہیں، یا ایک ہی شے کی متعدد تصاویر نظر آ سکتی ہیں۔ اس کا استعمال بیرونی سیاروں کی دریافت اور تاریک مادہ کے مطالعہ کے لیے کیا گیا ہے۔
-
کائنات کا پھیلاؤ: عمومی نظریہ اضافیت کی مساواتوں کی پیشین گوئی ہے کہ کائنات یا تو پھیل رہی ہوگی یا سکڑ رہی ہوگی۔ اس کی تصدیق ایڈون ہبل نے کی، جنہوں نے دریافت کیا کہ دور دراز کہکشائیں ہر سمت میں ہم سے دور ہو رہی ہیں۔
عمومی نظریہ اضافیت جدید طبیعیات کے دو ستونوں میں سے ایک ہے (دوسرا کوانٹم میکینکس ہے)۔ اس کی تصدیق بہت سے تجربات اور مشاہدات سے ہو چکی ہے، اور اس کے وسیع اطلاقات ہیں، جی پی ایس نیویگیشن سے لے کر بلیک ہولز اور بگ بینگ کے مطالعہ تک۔
عمومی نظریہ اضافیت کے کچھ نتائج یہ ہیں :
عمومی نظریہ اضافیت، جسے البرٹ آئن سٹائن نے 1915 میں پیش کیا، کشش ثقل کا ایک نظریہ ہے جو کشش ثقل کو کمیت اور توانائی کی وجہ سے زمان و مکاں کی خمیدگی کے طور پر بیان کرتا ہے۔ اس نظریے کے کئی اہم نتائج ہیں، جن میں سے کچھ کی تجرباتی تصدیق ہو چکی ہے، جبکہ دیگر ابھی زیرِ تحقیق ہیں۔ یہاں کچھ کلیدی نتائج ہیں:
-
کشش ثقل وقت کی توسیع: عمومی نظریہ اضافیت کے مطابق، کسی بڑے کمیتی جسم کی موجودگی وقت کو سست کر دیتی ہے۔ اسے کشش ثقل وقت کی توسیع کہتے ہیں۔ مثال کے طور پر، وقت آپ کے کسی بڑے کمیتی جسم کے قریب ہونے پر سست گزرتا ہے۔ اس کی تصدیق Hafele-Keating جیسے تجربات سے ہوئی ہے، جہاں دنیا بھر میں اڑائی گئی ایٹمی گھڑیوں نے اپنے مختلف بلندیوں اور رفتاروں کی وجہ سے مختلف اوقات دکھائے۔
-
کشش ثقل عدسیت: روشنی زمان و مکاں کی خمیدگی کی پیروی کرتی ہے، لہٰذا اگر روشنی کسی بڑے کمیتی جسم کے قریب سے گزرے گی تو وہ خمیدہ ہو جائے گی۔ اسے کشش ثقل عدسیت کہتے ہیں۔ اس اثر کا کئی بار مشاہدہ کیا گیا ہے، سب سے مشہور طور پر 1919 کے سورج گرہن کے دوران، جس نے آئن سٹائن کی پیشین گوئی کی تصدیق کی اور انہیں بین الاقوامی شہرت دلائی۔
-
بلیک ہولز: عمومی نظریہ اضافیت بلیک ہولز کی موجودگی کی پیشین گوئی کرتی ہے، خلا کے ایسے خطے جہاں خمیدگی اتنی انتہائی ہو جاتی ہے کہ کچھ بھی، یہاں تک کہ روشنی بھی، اس سے بچ نہیں سکتی۔ بلیک ہولز کی موجودگی کی تصدیق مختلف مشاہدات سے ہوئی ہے، بشمول 2015 میں LIGO کے ذریعے ٹکرانے والے بلیک ہولز سے پیدا ہونے والی کشش ثقل کی لہروں کا پتہ لگانا۔
-
کشش ثقل کی لہریں: عمومی نظریہ اضافیت کشش ثقل کی لہروں کی موجودگی کی بھی پیشین گوئی کرتی ہے، جو زمان و مکاں میں تیز رفتار کمیتوں کی وجہ سے پیدا ہونے والی لہریں ہیں۔ ان کی پہلی بار بالواسطہ طور پر ایک بائنری پلسر سسٹم (Hulse-Taylor binary) کے مشاہدے سے تصدیق ہوئی اور براہ راست طور پر 2015 میں LIGO نے ان کا پتہ لگایا۔
-
کائنات کا پھیلاؤ: عمومی نظریہ اضافیت یہ بھی پیشین گوئی کرتی ہے کہ کائنات یا تو پھیل رہی ہوگی یا سکڑ رہی ہوگی۔ اس کی تصدیق ایڈون ہبل کے 1920 کی دہائی کے مشاہدات سے ہوئی، جنہوں نے دکھایا کہ دور دراز کہکشائیں ہم سے دور ہو رہی ہیں، جو یہ ظاہر کرتا ہے کہ کائنات پھیل رہی ہے۔
-
عطارد کے مدار کا تقدیم: عطارد کا مدار وقت کے ساتھ تقدیم کرتا ہے، یا پھسلتا ہے۔ اس تقدیم کی مکمل وضاحت نیوٹن کے حرکت اور کشش ثقل کے قوانین سے نہیں ہو سکی، لیکن عمومی نظریہ اضافیت اس کی کامل طور پر وضاحت کرتی ہے۔
-
فریم ڈریگنگ: اگر کوئی بڑا کمیتی جسم گھوم رہا ہو، تو اسے اپنے ارد گرد زمان و مکاں کو گھسیٹنا چاہیے۔ اس اثر، جسے فریم ڈریگنگ کہتے ہیں، کی تصدیق Gravity Probe B تجربے سے ہوئی ہے۔
یہ عمومی نظریہ اضافیت کے بہت سے نتائج میں سے صرف کچھ ہیں۔ اس نظریے کی تصدیق بہت سے طریقوں سے ہو چکی ہے اور یہ جدید طبیعیات کا ایک سنگ بنیاد ہے۔ تاہم، یہ اب بھی جاری تحقیق کا موضوع ہے، کیونکہ سائنسدان اسے کوانٹم میکینکس کے ساتھ ہم آہنگ کرنے اور کائنات کی نوعیت کے لیے اس کے مضمرات کو تلاش کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔
چاہے بڑا ہو یا چھوٹا، ہر چیز کشش ثقل کی وجہ سے گرتی ہے۔ لیکن کسی طرح، چاند متاثر نہیں ہوتا دکھائی دیتا۔ کیا آپ نے سوچا ہے کہ ایسا کیوں ہے؟
کشش ثقل فطرت کی ایک بنیادی قوت ہے جو کمیت رکھنے والی اشیاء کو ایک دوسرے کی طرف کھینچتی ہے۔ یہی وجہ ہے کہ جب ہم کوئی چیز چھوڑتے ہیں، تو وہ زمین پر گرتی ہے۔ زمین کی کشش ثقل اشیاء کو اس کے مرکز کی طرف کھینچتی ہے۔ کوئی شے جتنی زیادہ کمیتی ہوگی، اس کی کشش ثقل کی قوت اتنی ہی زیادہ طاقتور ہوگی۔ یہی وجہ ہے کہ ہم زمین پر جڑے رہتے ہیں اور زمین سورج کے گرد مدار میں گردش کرتی ہے جو کہ بہت زیادہ کمیتی ہے۔
اب، چاند کی بات کرتے ہیں۔ اس کے برعکس جو یہ محسوس ہو سکتا ہے، چاند زمین کی کشش ثقل سے متاثر نہیں ہوتا۔ درحقیقت، یہ زمین کی کشش ثقل ہی ہے جو چاند کو اس کے مدار میں رکھتی ہے، اسے خلا میں اڑ جانے سے روکتی ہے۔ تاہم، چاند زمین پر نہیں گرتا کیونکہ یہ ایک اعلیٰ رفتار سے ایک طرف بھی حرکت کر رہا ہوتا ہے۔ یہ چاند کی تشکیل کے طریقے اور زمین اور چاند کے درمیان بعد کی تعاملات کا نتیجہ ہے۔
اسے سمجھنے کے لیے، ایک مثال پر غور کرتے ہیں۔ تصور کریں کہ آپ ایک ڈوری سے بندھی گیند کو گولائی میں گھما رہے ہیں۔ ڈوری میں تناؤ مرکز گریز قوت کے طور پر کام کرتا ہے جو گیند کو گولائی میں حرکت میں رکھتا ہے۔ اگر آپ ڈوری چھوڑ دیں، تو گیند اس دائرے کے مماس کے ساتھ سیدھی لکیر میں حرکت کرے گی جہاں آپ نے اسے چھوڑا تھا۔ یہ گیند کی جمود کی وجہ سے ہے - اس کی سیدھی لکیر میں مستقل رفتار سے حرکت جاری رکھنے کی رجحان جب تک کہ اس پر کوئی قوت عمل نہ کرے۔
اسی طرح، چاند کشش ثقل کی وجہ سے مسلسل زمین کی طرف گر رہا ہوتا ہے، لیکن اس کی ایک مماسی سمتار بھی ہوتی ہے - یہ ایک طرف حرکت کر رہا ہوتا ہے۔ یہ دو حرکتیں مل کر زمین کے گرد ایک گول (بلکہ بیضوی) راستہ بناتی ہیں۔ چاند زمین کی طرف گر رہا ہوتا ہے، لیکن یہ اتنی تیزی سے آگے بھی بڑھ رہا ہوتا ہے کہ وہ اسے چوکتا رہتا ہے۔ کشش ثقل کی کھینچ اور مماسی سمتار کے درمیان یہ نازک توازن چاند کے زمین کے گرد مستحکم مدار کا نتیجہ ہے۔
لہٰذا، اختتام میں، چاند واقعی زمین کی کشش ثقل سے متاثر ہوتا ہے۔ یہ مسلسل زمین کی طرف گر رہا ہوتا ہے، لیکن اس کی ایک طرف کی حرکت اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ وہ زمین کو چوکتا رہے اور اپنا مدار جاری رکھے۔ یہ مداری میکینکس کا ایک بنیادی تصور ہے اور وہ اصول ہے جو تمام آسمانی اجسام کی حرکت کو کنٹرول کرتا ہے، بشمول سیارے، چاند، اور مصنوعی سیارے۔
BETA
